Nuove TecnologieMacchine, Rivelatori, Trigger & Software

Luca ListaINFN Napoli

&Massimo Caccia

Uni. Insubria & INFN Milano

Daniele SertoreINFN Milano - LASA

Mr. Orbach!

LC conceptual scheme

Electron GunDeliver stable beam current

Damping RingReduce transverse phase space (emittance) so smaller transverse IP size achievable

Bunch Compressor

Reduce σz to eliminate hourglass effect at IP

Positron Target

Use electrons to pair-produce positrons

Main Linac

Accelerate beam to IP energy without spoiling DR emittance

Final FocusDemagnify and collide beams

ILC as from RDRRTML BDS

Electron Source

Positron Source

Il progetto attualeReference Design Report

Marzo 2007

Antonio Bulgheroni, Roma III

Anna MazzacaneUni. Salento &INFN Lecce?? ??

E/E = 0.6/E

E/E = 0.3/E

Higgs couplings

Sulla Calorimetria a ILC

Sulla misura di vertici secondari a ILC

The ongoing R&D in position sensitive Si sensors for HEP (and beyond) is driven by the International Linear Collider, requiring complementary figures with respect to the LHC:

high granularity (at the 20 m level) low material (0.1% X0) low power dissipation (a few Watts) tolerance against background hits

Rin = 15 mmRout = 60 mmip = [5 10/p sin 3/2 ] m

• point ~ 2.5m• spessore ~ 0.1%X0/layer (~100 m)

Densita’ di hit di background&

Tempo di lettura

Risoluzioni &

spessori

Technology and architecture R&D

• There are several teams working on different (monolithic) detector technologies trying to implement architectures suitable for the ILC environment

Arch/TechParallel Column

In situ storage

Sparse data scan

CCD LCFI (UK) LCFI-ISIS -

CMOSIRES

(Strasbourg)RAL-FAPS Not impossible

DEPFET MPI-Bonn et al - -

3D / SOIMIT / INFN & Hamamatsu

Possible Possible

Credits slide at the end…

In-situ Storage Imager Sensor• Signal production and collection in solid state detector is a very

process• The long lasting procedure is the signal readout• So, store the signals in the sensor and transfer of all them afterward

“Standard” CMOS: the Mimosa family

• CMOS for particle detection was firstly used at Strasbourg with the Mimosa 1 chip. Currently designers are working on Mimosa 22

• Already tested many different technologies and architectures with well established performances

SUMMARY• Best performing technology: AMS 0.35 opto• Noise: 10 e-

• SNR for a MIP: 20 – 30 (MPV)• Detection efficiency: 99.5%• Operating temperature: up to 40º• Single point resolution: down to 1.5 µm

Exotic CMOS development• CMOS MAPS with hybrid-pixel-like analogue readout electronics in

a 130 nm triple well process (INFN – PV + PI)• Overcoming the only n-MOS limitation

Alessandro Cardini (INFN Cagliari): GEM, Stato dell’arte

• una personale selezione di alcuni degli argomenti riguardanti i rivelatori a GEM presentati recentemente a Conferenze Internazionali ed a Workshop dedicati

• Ringrazio quindi tutti gli autori per il materiale messo a disposizione

Fotomoltiplicatori a GEM• La particolare struttura della GEM,

con canali di moltiplicazione stretti ed indipendenti, e l’opacita’ della GEM ai fotoni e al feedback ionico permette di raggiungere elevati guadagni in gas nobili puri o loro miscele

• Strutture multi-gem che utilizzano fino a 4 GEM in cascata sono state studiate al CERN, al Weizemann e a Novosibirsk

• In particolare sono stati studiati fotocatodi in trasparenza o in riflessione – in questo ultimo caso il fotocatodo e’ depositato sulla prima GEM

Readout con ASIC

R. Bellazzini et al., NIM A435 (2004) 477

ASIC readout chip105600 canali470 pixel/mm2

15 mm x 15 mm active area

Un rivelatore a singola GEM con lettura a micro-PAD ha una buona efficienza di rivelazione di raggi X morbidi attraverso la rivelazione del fotoelettrone e la misura dell’angolo medio di emissione

DAFNE2:prospettive di fisica e+e- a Frascati

Cesare BiniSapienza Università di Roma e INFN Roma

Macchina e+e- con • 1 < s < 2.5 GeV, • luminosità fino a 1033 cm-2s-1 (a 1 GeV) e > 1032cm-2s-1 (alle altre energie);

1. Fisica dei mesoni K alla : matrice CKM, simmetrie CP e CPT, universalità leptonica, teorie chirali;

2. Struttura dei mesoni leggeri: , ’, f0(980), a0(980), (+ spettroscopia di mesoni 1 < m < 2.5 GeV);

3. Sezione d’urto adronica da 2m a 2.5 GeV: calcolo correzioni adroniche a g-2 e a em running ;

4. Fattori di forma time-like dei barioni (p, n, , ): misura delle fasi dalla polarizzazione;

5. Esistenza di nuclei kaonici fortemente legati e sistematica interazioni KN;

Programma di Fisica:

Esempio: KSKLtest di coerenza quantistica

KL,SKS,L

t1t2

t=t1 t2

f2

f1

Differenza di tempo tra i 2 vertici: Effetti di decoerenza ( )Violazione di CPT indotta da effetti di gravità quantistica ( )

(vedi www.roma1.infn.it/people/didomenico/roadmap/kaoninterferometry.html)

Questioni sperimentali: - ottima risoluzione di vertice, no materiale nei primi 10 15 cm,…

( ) ( )LLSSSLLS KKKKKKKKi −+−∝ ω

380 pb-1

0 5 10 15 20 (cm)

KLOE ha già migliorato ilimiti precedenti. (KLOE coll. Phys.Lett.B642 (2006) 315)

352

210~10 −− ⇒≈⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

Γ= PLANCKME

O

Misura della sezione d’urto e+e- in adroni

DAFNE2 ==> da 2 m a 2.5 GeV Spettroscopia dei mesoni vettoriCorrezioni adroniche a g-2 e a em

N.B. “competizione” con B-factories ISR e con VEPP-2000

(1)2m 1 GeV ritorno radiativo cruciale per g-2 (vedi hep-ph/0703049)

(2) 1 2.5 GeV scan in energia cruciale per em (vedi hep-ph/0608329)

Idee per aumentare la luminosità di DAFNE (P.Raimondi)(vedi D.Alesini et al., LNF-06/33 (IR))

Crabbed waist is realized with a sextupole inphase with the IP in X and at /2 in Y

2z

2x

z

x

2x/

2z*

e-e+Y

(1)Collisioni ad angolo + riduzione di x per evitare l’effetto “hourglass” (clessidra):y può essere ridotto fino a 2x/

Nuovo set di parametri: 2x17 2x24 mrad• x 1.5 0.2 m• y 18 6 mm • x 700 200 m• y 15 2.4 m• z 25 20 mm

A parità di correnti (13 mA / bunch x 110 bunches) 7 8 1032 cm-2 s-1

Crabbed waist is realized with a sextupole inphase with the I P in X and at / 2inY

2σz

2σx

θz

x

2σx/θ

2σz*θ

e-e+βY

(2) “Crabbed waist”: diversi profili di y per diversi x: L aumenta

0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

==> L 1. 1033 cm-2s-1 (I DAFNE)

==> ampia regione di stabilità [LNF-07/003]

CRAB OFF

CRAB ON

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50

200um,20mm200um,15mm100um,15mm

I [mA]

L [10^33]

Region 1

109 eV

1012 eV

Region 2

1012 eV

1017 eV

Region 3

1017 eV

1021 eV

LHC Beam Energy LHC CM Energy

7.2−∝Φ EDeviations from this power law• knee (4.1015 eV)• ankle (5.1018 eV)

Primary cosmic rays

Very different techniques are necessary to cover these huge differences of:•Fluxes•Energies

Oscar AdrianiUni. Firenze & INFN FI

Last but not least:

Backup slides!

Batch 2 Batch 3

t b1-b2 = 10 anni t b2-b3 = 5 anni gradiente b1-b3 ~ 3 costo b1-b3 ~1/4

3 b

atc

h d

i ca

vit

a:

b1

, b

2,

b3

Parametri principali [http://www.fnal.gov/directorate/icfa/LC_parameters.pdf]:

• s = 200-500 GeV 1 TeV• integrated Luminosity 500 fb-1 over 1st 4 years (L = 2 x 1034 cm-2 s-1)• 80% electron polarisation 50% positron polarization

• 2 interaction regions with easy switching ( 2 & 20 mrad Xing angle)

No. bunch/treno 2820

t bunch [ns] ~300

t treni [ms] ~200

x,y [nm] 543,5.7

z [m] 300

Pbeam [MW] 11

~31 km

RTML ~1.6km

20mr

2mr BDS 5km

ML ~10km (G = 31.5MV/m)

x2

e+ undulator @ 150 GeV (~1.2km)R = 955mE = 5 GeV

The Baseline Machine (fine 2005)

A structured electronic documentDocumentation (reports, drawings

etc)Technical specs.Parameter tables

http://www.linearcollider.org/wiki/doku.php?id=bcd:bcd_home

ISIS: In situ storage CCD• Beam-related RF pickup

is a concern for all sensors converting charge into voltage during the bunch train

• Charge collection to photo gate from ~20µm as in conventional CCD

• Signal charge shifted into the storage register during the bunch

• Readout of the storage register in the inter train time

Several technologies are being addressed, and a plurality of architectures for each technology. But all of the proposals have a common feature: sensors should be MONOLITHIC!

NON STANDARD SENSORS:

• based on the charge carrier generated in the epitaxial layer [2-14 m thick, depending on the technology Þ SMALL signal (~80 coppie e-h/ m)]

• diffusion detector vs [standard] drift sensors (the sensitive volume is NOT depleted Þ charge cluster spread over ~ 50 m [10 m ] AND collection over ~ 150 ns [10 ns])

NEVERTHELESS OFFERING SEVERAL ADVANTAGES:

• very simple baseline architecture (3Transistors: reset, collecting diode, addressing key)

• standard, well established industrial fabrication process, granting a cost-effective access to state-of-the-art technologies

CMOS sensors for particle detection

Pioneered in LEPSI Strasbourg in the late 90’s Main drive from digital cameras Addressed HERE since a dedicated development pursued within the framework of the EC project SUCIMA lead to the IMAGING results shown in the following

Generalita’• La GEM (F. Sauli, 1997) e’ un sottile foglio

di poliammide (Kapton) ramato su entrambi i lati e forato chimicamente con una densita’ di buchi di di 50-100 mm-2

• Parametri standard:– Spessore poliammide 50 m– Spessore rame 5 m buco 70 m– Passo 140 m

• Applicando una differenza di potenziale tra i due lati del foglio si creano all’interno dei buchi dei campi sufficienti a realizzare una moltiplicazione degli elettroni a valanga